CN105830202B - 双波长退火方法及设备 - Google Patents
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Abstract
描述用于热处理半导体基板的方法与设备。固态辐射发射器用以提供热处理能量场。第二固态辐射发射器用以提供活化能量场。将热处理能量及活化能量导向基板的处理区域，在所述处理区域活化能量增加基板中热处理辐射的吸收，造成由活化能量所照射的区域中基板的热处理。
Description
技术领域
本公开内容的实施方式总体涉及半导体装置的制造。更具体地说，本公开内容所述的方法与设备涉及用于形成结晶半导体的热处理方法和设备。
背景技术
热处理是半导体工业中的常用手段。半导体基板暴露于具有特定强度和/或类型的热能以达成特定结果，例如退火或结晶。举例而言，硅通常被退火、结晶、熔化，要么另外使用许多不同类型的热能及辐射能量来处理。
可提供具有广范围的波长及光谱的辐射能量源。然而，可提供的辐射源的光谱功率分布(spectral power distribution)并不匹配硅的吸收光谱。举例而言，于1064nm下发射的激光通常用以退火硅基板，但必须使用非常高的功率，因为硅在室温下于1064nm具有不良的吸收。类似地，硅在室温下实质上对980nm的辐射是透明的。较高温度下针对某些波长的吸收可改进，所以一些常规处理涉及将基板加热至中间温度，以提升吸收且然后施加辐射。这些方法对于较小特征具有有限的效用，因为基板的背景加热导致掺杂物的扩散以及在非常薄的掺杂层中浓度分布的损失。在过去，某些方法已采用较长波长辐射，上述方法中硅具有较强的吸收，但长波长辐射(例如8μm至16μm的波长)对于退火前缘(leadingedge)及未来节点装置的非常薄(举例而言，小于100nm厚)的层并非有用。
本领域所需要的方法为用于硅及其他半导体材料的热处理于中等(moderate)功率传送水平下使用短波长辐射的方法。
发明内容
本公开内容所述的实施方式提供将中等处理能量的功率源及低活化能量的功率源用以处理基板的方法及设备。在一个方面中，处理基板的方法被描述为包括：于介于约200nm与约850nm之间的波长及介于约10mW/cm2与约10W/cm2之间的功率密度下，将第一能量照射量传递至基板的处理区域；及于介于约800nm与约1100nm之间的波长及介于约50kW/cm2与约200kW/cm2之间的功率水平下，将第二能量照射量传递至基板之处理区域。
在另一方面中，热处理半导体基板的方法包括：将半导体基板设置于处理腔室中；使用第一辐射能量照射半导体基板的第一部分，第一辐射能量具有由非放大介质于介于约10mW/cm2与约10W/cm2之间的功率水平下发射的介于约200nm与约500nm之间的波长；使用第二辐射能量照射由第一部分环绕的半导体基板的第二部分，第二辐射能量具有由激光源于介于约50kW/cm2与约200kW/cm2之间的功率水平下发射的介于约800nm与约1100nm之间的波长；及关于基板表面扫描第一辐射能量及第二辐射能量，使得在扫描期间的全部时刻第二能量被第一能量环绕。
用于施行所述方法的设备包括：具有中等功率的处理能量源，中等功率例如介于约100KW与约10MW之间；具有低功率的活化能量源，低功率例如介于约1W与约100W之间；及光学系统，用于将处理能量及活化能量导向至基板的处理区域以执行热处理。
附图简述
以上简要总结的本发明的上述特征可被详细理解的方式、对本发明更特定的描述可参照实施方式而得到，上述实施方式的某些实施方式示出于附图中。然而，应注意到，附图仅示出本发明的典型实施方式，因此不应被视为限制本发明的范围，因为本发明可允许其他同等有效实施方式。
图1为总结根据一个实施方式的热处理半导体材料的方法的流程图；
图2为根据另一个实施方式的热处理设备的透视图。
图3为总结根据另一个实施方式的方法的流程图。
为了便于理解，尽可能使用相同的数字标号来标示附图中共通的相同元件。考虑到在一个实施方式中公开的元件在没有特定描述下可有益地利用在其他实施方式上。
具体实施方式
图1为总结用以热处理半导体基板的方法100的流程图。在方法100中，可使用功率水平低于约10kW的辐射能量源使半导体基板退火、结晶或承受其他热处理。于步骤102，用第一能量照射基板的一部分。第一能量为辐射能量，可为连续波或脉冲能量，且可具有介于约250nm与约800nm之间的波长。针对第一能量，可使用近紫外波长，例如介于约300nm与约500nm之间的近紫外波长，举例而言约450nm的近紫外波长。第一能量可具有介于约10mW/cm2与约10W/cm2之间的功率密度，例如介于约50mW/cm2与约5W/cm2之间的功率密度，举例而言约1W/cm2的功率密度。第一能量可为在基板表面上赋能予电磁能量载体(例如电子、空穴或声子)的表面活化能。
于步驟104，用第二能量同时照射所述基板的所述部分，所述部分可为处理区域。第二能量为辐射能，可为连续波或脉冲能量，且可具有介于约800nm与约1100nm之间的波长，例如介于约900nm与约1100nm之间的波长，举例而言约950nm或约1064nm的波长。第二能量具有足以引起基板表面热变化(thermal transformation)的功率密度。第二能量可为退火能量、再结晶能量或熔化能量。第二能量的功率密度可以介于约20kW/cm2与约500kW/cm2之间，例如介于约50kW/cm2与约200kW/cm2之间，举例而言约100kW/cm2。
第一能量及第二能量中的各者可为相关的能量，例如来自激光的能量，或为不相关的能量，例如来自非振荡光源的能量，非振荡光源可为简单发射器，例如非放大发射器或介质，或耦接至光学放大器的发射器。通常，借助固态光源来发射第一能量，固态光源例如是激光器或发光二极管(LED)，但也可使用灯发射器。
可使用光学系统来将第一能量及第二能量中的各者导向基板。虽然不要求，但是用于第一或第二能量的光学系统可包括提高能量的均匀性的部件，例如均化器(homogenizer)和/或扩散器(diffuser)。光学系统可包括折射部件、反射部件、透射部件及吸收部件，上述部件沿着期望的光学路径操控第一能量且将第一能量塑造成任何期望的形状。例如，第一能量可被塑造成于基板表面处的线形图像，可为薄矩形(thin rectangle)。光学系统亦可包括以期望的方式降低第一能量的均匀性的部件。针对这样的目的可使用渐变(graded)折射和/或扩散部件，例如GRIN(梯度折射率)部件。
第一能量和/或第二能量可经导向为实质上垂直于基板表面，或导向为相对由基板表面所界定的平面于介于约布鲁斯特角(Brewster angle)与垂直之间的任何角度，举例而言，于介于约45°与约90°之间的角度，例如介于约60°与约90°之间的角度，举例而言约89°或任何近似垂直的角度。第一及第二能量可于相同的角度下或不同的角度下导向基板表面。
第一能量及第二能量可各自导向基板表面，以照射处理区域的一部分或整个处理区域。在基板表面上的第一能量的图像可与在基板表面上的第二能量的图像分隔开、相邻、相重叠，或在基板表面上的第一能量的图像可环绕基板表面上的第二能量的图像。第一能量的图像可具有与第二能量的图像相同的形状或不同的形状。举例而言，第一能量的图像的形状可为圆形、椭圆形、方形、矩形、线形或不规则形。通常第二能量的图像将具有受控制的形状以维持在基板表面中所引起的热变化的控制。在一个实施方式中，第二能量被塑造成尺寸约100μm乘以约1cm的矩形图像，且第一能量被塑造成环绕第一能量图像的圆形光斑图像。
若需要的话，第一能量及第二能量可被图案化，以同时处理两个部分或多于两个的部分。衍射部件，例如衍射光栅、布拉格光栅(Bragg grating)、分光器及类似部件可用以将第一能量及第二能量的辐射场分成两个或多于两个的辐射场，所述两个或多于两个的辐射场照射基板表面的两个或多于两个的不同部分。系统可经安置使得所述两个或多于两个的不同部分相邻、相重叠或分隔开。对于同时处理两个或多于两个的基板，将第一能量及第二能量分成两个或多于两个的不同辐射场亦可以是有用的。举例而言，可将多个基板定位成与光学系统配准(registration)，所述光学系统具有第一能量的发射器、第二能量的发射器、划分系统及操控(steering)系统，使得来自所述第一能量发射器及所述第二能量发射器的辐射场同时传送至每个基板的一部分。
于步骤106，移动所述基板和/或所述第一能量及第二能量，以便相关于第一能量及第二能量的基板的相对位置改变。基板可放置于可移动台上，例如精密x-y台、x-y-z台、r-θ台或类似台。或者是，或除此之外，上述能量源及光学系统可附着至高架(gantry)，所述高架定位辐射以照射基板的期望区域。这种相对移动使处理区域沿着基板的表面平移，从而基板表面的全部的期望区域最终都被处理。处理区域可以以分段的线性图案来移动，例如交互书写(boustrophedonic)图案，或者处理区域可以以螺旋(spiral)图案来移动。
在能量源为连续波源的一个实施方式中，能量源可经扫描横跨基板，或可移动基板使得来自能量源的辐射扫描横跨基板表面。选择扫描率以提供在第二能量源的辐射场中处理区域的所需停留时间，以达成处理区域中的热处理。扫描率可介于约0.1mm/秒与约1m/秒之间，例如介于约1mm/秒与约20mm/秒之间，举例而言，约5mm/秒。在扫描期间，能量场的图像在基板表面上的相对位置可维持实质上的恒定，或若需要的话，上述相对位置可改变。在一个实施方式中，当处理区域靠近基板的边缘时，第一能量可相关于第二能量不同地定位以补偿边缘效应(edge effects)。
图2为根据一个实施方式的设备200的侧视示意图。设备200可用于施行方法100的实施方式。设备200为用于在半导体基板上进行热处理的热处理设备。设备200具有工作表面202，工作表面202设置于台204上，台204任选地可移动。台204可为精密x-y台、x-y-z台、x-θ台或类似台。能量组件206被设置为将辐射能量导向工作表面202。能量组件206具有能量源208及光学组件210。光学组件210接收来自能量源208的能量且将能量传送至工作表面202。
能量源208具有至少两个能量发射器212及214。第一能量发射器212可为低功率发射器，例如灯、LED、光二极管，或低功率激光器例如激光二极管，且可发射具有介于约250nm与约800nm之间的波长的辐射，例如该波长介于约300nm与约500nm之间，举例而言约450nm。第一能量发射器212可为光纤耦合激光器或光纤耦合激光二极管阵列。第一能量发射器212可发射具有介于约10mW与约10W之间的功率的辐射能量。第一能量发射器212可为固态发射器，例如稀土晶体或钛蓝宝石激光器，稀土晶体或钛蓝宝石激光器可为倍频(frequencymultiplied)或可调谐的，或第一能量发射器212可为半导体激光器，例如GaN激光器或InGaN激光器。第一能量发射器212可为脉冲发射器、连续波发射器或准连续波(quasi-continuous wave)发射器。
第二能量发射器214可为中等功率发射器，于介于约10W与约10kW之间的功率水平下发射辐射能，例如该功率水平介于约500W与约5kW之间，举例而言约1kW。第二能量发射器214可被放大。通常，第二能量发射器214为固态装置，例如激光器、激光二极管阵列或具有上述功率输出的LED阵列。第二能量发射器214可发射具有介于约800nm与约1100nm之间的波长的辐射能量，例如该波长介于约900nm与约1100nm之间，举例而言约1064nm。第二能量发射器214可为稀土晶体激光器，例如Nd:YAG激光器或钛蓝宝石可调谐激光器。第二能量发射器214可为脉冲发射器、连续波发射器或准连续波发射器。
第一能量发射器212及第二能量发射器214可耦接至任选的高架216，高架216可用以将发射器212、214定位于基板表面上方的期望位置处。高架216可具有滑动架(carriage)218，滑动架218可在高架216的轨道220上定位。高架216通常具有x-y定位能力，所以轨道220可架设在一对双轨222上，双轨222中的各条皆具有滑动架224。
光学组件210可具有折射部件、反射部件、衍射部件或吸收部件，所述部件将来自能量发射器212、214的辐射能量导向工作表面202，使得由发射器所发射的能量场以期望配置来照射工作表面。光学组件210可具有针对各能量发射器的隔离的光学系统，或组合的光学系统可将来自多于一个的能量发射器的辐射能量导向工作表面202。光学组件210可将来自能量发射器212、214中的各个能量发射器的辐射能量塑形、聚焦和/或成像，以具有相同的形状或不同的形状。在一个实施方式中，光学组件210可具有第一光学系统226及第二光学系统228，第一光学系统226将来自第一能量发射器212的辐射能量塑造成于工作表面202处具有圆形或椭圆形的场，第二光学系统228将来自第二能量发射器214的辐射能量塑造成线形图像，例如尺寸为100μm乘以1cm或75μm乘以1.2cm的矩形。第二光学系统228可具有歪像(anamorphic)部件，例如圆柱透镜或镜子，以协助形成线形图像。光学系统226、228中的各个光学系统都具有将来自两个能量发射器212、214的能量场以如上述极为贴近、部分重叠或完全重叠的关系导向工作表面202的部件，例如透镜及镜子。
光学系统226、228中光学元件可为可移动的，且可由旋转致动器或线性致动器(linear actuator)致动。举例而言，光学组件210中可包括操控光学元件(steeringoptic)，所述操控光学元件可被旋转或线性移动以操控任何或全部辐射能量场至工作表面202上的期望位置。控制器234可耦接至任选高架216的滑动架218、224，可耦接至台204的任选定位器236，可耦接至能量源212、214，及可耦接至光学系统226、228，以控制由使用设备200而执行的处理。
图3为总结根据另一个实施方式的方法300的流程图。可使用本公开内容所述的其它方法及设备实践方法300。采用方法300，可在半导体基板上根据期望的图案实施选择性热处理。
于步骤302，一部分的半导体基板暴露于最佳为仅被基板弱吸收的处理能量。所述处理能量具有足以在基板的上述部分上执行热处理的功率密度，除基板的上述部分以外相对于所述处理能量基板具有几乎无或无吸收横截面，使得大部分的处理能量通过基板，除非采取改变基板材料的自然吸收横截面的措施。在一个实例中，基板包括硅或由硅组成，且处理能量为具有约980nm的波长的辐射能量，于上述波长下硅几乎不吸收能量。处理能量可具有介于约20kW/cm2与约500kW/cm2之间的功率密度，例如介于约50kW/cm2与约200kW/cm2之间的功率密度，举例而言，约100kW/cm2的功率密度。
于步骤304，具有低功率密度的活化能量的场被图案化。活化能量可为具有介于约250nm与约800nm之间的波长的可见光，例如该波长约532nm或约700nm。活化能量可具有介于约0.1W/cm2与约10W/cm2之间的功率水平，例如约5W/cm2的功率水平。可使用任何方便的手段来图案化活化能量，例如遮盖(masking)或衍射。若使用掩模，则活化能量通常成像于平面处，且掩模设置于成像平面上以提供锐利、清楚的图案给活化能量。掩模可为透射式板，具有以阻挡能量通过板的图案而施加的反射材料，造成图案化的能量场。
于步骤306，通过同时将图案化的活化能量导向上述部分，来活化借由基板的处理能量的吸收。活化能量激发基板的表面中的能量载体，如上所述，增加照射区域中处理能量的吸收。若希望图案的锐利清晰度(definition)，则可使用适当的光学部件将活化能量再成像于基板的表面上。举例而言，图2的光学系统226可包括这些部件。
于步骤308，使用处理能量来选择性地处理基板。活化能量的图案界定处理能量被基板所吸收的区域，造成根据活化能量的图案所实施的选择性热处理。
如同方法100，基板表面被分成部分来处理，由依次序的辐射来处理接续部分。对于方法300，辐射能量可为连续波或脉冲能量。在一个方面中，处理能量可为连续波能量而活化能量为脉冲或准连续波能量。举例而言，借助于在基板的一部分处提供处理能量的场、开启用于处理期间的图案化的活化能量、然后关闭图案化的活化能量，可处理第一部分。可移动基板或辐射能量源以暴露第二部分同时维持处理能量，且当第二部分经适当地定位时，可开启活化能量以在第二部分上实施热处理，然后再度关闭。以此方式，借由移动基板和/或能量源且闪烁发出(flash)活化能量或脉冲化(pulse)活化能量，同时使处理能量维持在连续“开启”状态，可处理整个基板。
应注意到，活化能量及处理能量不需同时照射基板的给定区域。据信，活化能量活化基板表面处的电荷载体，此方式改进借助于基板的处理辐射的吸收。于借助活化能量的照射停止之后，这些电荷载体将维持活化一段短时间。当电荷载体为活化的时候，基板将继续于提升的水平下吸收处理能量。因此，活化能量可为不连续的，且在短时间之后，可开始处理能量。若该时间短于活化电荷载体的衰减时间，则处理能量的吸收将仍得到提升。活化电荷载体的衰减时间取决于材料且可介于约0.1微秒与约1毫秒之间，例如介于约1微秒与约500微秒之间，举例而言约200微秒。
因此，在一个实施方式中，活化能量的LED发射器可照射基板的一部分。LED发射器可被去能(de-energized)，且于如所上述的一段时间后，处理能量的激光发射器可被赋能以将处理能量传递至上述基板的该部分。活化能量及处理能量可为本公开内容所述的能量类型中的任一种。因为处理能量在活化电荷载体的衰减期内被活化，所以处理能量的吸收维持为提升的。
在某些实施方式中，可使用单一能量源。能够于不同波长下强烈发射辐射能量的能量源，例如可调谐激光器，可用来于介于约250nm与约800nm之间的第一波长下以介于约10mW/cm2与约10W/cm2之间的功率水平(例如介于约50mW/cm2与约5W/cm2之间的功率水平，举例而言，约1W/cm2的功率水平)产生辐射能量的第一脉冲。然后同一能量发射器可用来于介于约800nm与约1100nm之间的第二波长下以介于约20kW/cm2与约500kW/cm2之间的功率水平(例如介于约50kW/cm2与约200kW/cm2之间的功率水平，举例而言，约100kW/cm2的功率水平)产生辐射能量的第二脉冲。在第一脉冲之后产生第二脉冲，其间具有中间的时间，该段时间允许发射激光的介质(lasing medium)被调谐至第二波长，但该段时间并非那么长以致于第一脉冲所活化的电荷载体去活化。通常，介于第一脉冲的50％衰减时间与第二脉冲的50％斜坡上升时间之间的时间为从约0.1微秒至约1毫秒，例如约1微秒至约500微秒，举例而言，约200微秒。如上所注意到的，若使用扫描，则协调脉冲率及扫描率，以处理基板的全部期望区域。
虽然前述是针对本发明的实施方式，但在不脱离本发明的基本范围下，可设计本发明的其它及进一步实施方式，且本发明的范围由以下的权利要求书来确定。
Claims (14)
1.一种处理基板的方法，包括以下步骤：
通过如下步骤照射基板表面的处理区域：使用第一能量源于介于200nm与850nm之间的波长及介于10mW/cm2与10W/cm2之间的功率密度下，将第一能量照射量传递至所述处理区域；及
使用第二能量源于介于800nm与1100nm之间的波长及介于50kW/cm2与200kW/cm2之间的功率水平下，同时将第二能量照射量传递至所述处理区域，
其中：
所述第一能量源和所述第二能量源中的至少一个是连续波发射器，
所述第一能量照射量及所述第二能量照射量以介于5cm/秒与100cm/秒之间的速率扫描横跨所述基板，和
所述第一能量照射量的位置在扫描期间相关于所述第二能量照射量的位置而变化。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一能量源及所述第二能量源是固态发光装置。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一能量照射量照射所述基板的区域大于所述第二能量照射量照射所述基板的区域。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述第一能量照射量具有介于300nm与500nm之间的波长。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述第二能量照射量具有介于900nm与1100nm之间的波长。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第二能量照射量于所述基板表面处形成为线形，且所述第一能量照射量及所述第二能量照射量沿垂直于所述线形的主轴的方向扫描。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一能量照射量为具有近紫外波长的辐射能量，且所述第一能量照射量由非放大介质发射。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述第二能量照射量为具有近红外波长的辐射能量。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述第二能量照射量由一或更多个激光器发射。
10.一种热处理半导体基板的方法，包括以下步骤：
将所述半导体基板设置于处理腔室中；
使用第一辐射能量照射所述半导体基板的表面的第一部分，所述第一辐射能量具有由非放大介质于介于10mW/cm2与10W/cm2之间的功率水平下发射的介于200nm与500nm之间的波长；
使用第二辐射能量同时照射由所述第一部分环绕的所述半导体基板的所述表面的第二部分，所述第二辐射能量具有由激光源于介于20kW/cm2与500kW/cm2之间的功率水平下发射的介于800nm与1100nm之间的波长；及
关于所述半导体基板的所述表面扫描所述第一辐射能量及所述第二辐射能量，使得在扫描期间的全部时刻所述第二部分被所述第一部分环绕，其中所述第一部分的位置在扫描期间相关于所述第二部分的位置而变化，并且其中所述第一辐射能量及所述第二辐射能量以介于5cm/秒与100cm/秒之间的速率扫描横跨所述半导体基板。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一辐射能量及所述第二辐射能量由多个固态发射器发射。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述第二辐射能量具有介于900nm与1100nm之间的波长。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一辐射能量及所述第二辐射能量中的至少一个为连续波能量。
14.一种在基板上进行选择性热处理的方法，包括以下步骤：
通过如下步骤照射基板表面的处理区域：将所述处理区域暴露于辐射的第一辐射能量场，所述辐射被所述基板弱吸收；
借由将第二辐射能量场通过掩模，图案化活化能量场；及
将图案化的活化能量场导向所述基板邻近所述处理区域的表面，其中所述第一辐射能量场和所述第二辐射能量场皆由单一能量源产生；和
于介于5cm/秒与100cm/秒之间的速率横跨所述基板的所述表面扫描所述处理区域和所述图案化的活化能量场，其中所述处理区域的位置在扫描期间相关于所述图案化的活化能量场的位置而变化。
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Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9691619B2 (en) * | 2013-03-07 | 2017-06-27 | Mitsubishi Electric Corporation | Laser annealing device with multiple lasers |
| CN106935491B (zh) * | 2015-12-30 | 2021-10-12 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 一种激光退火装置及其退火方法 |
| US20240255854A1 (en) * | 2023-02-01 | 2024-08-01 | Orbotech Ltd. | Enhancing efficiency of resist patterning |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101395712A (zh) * | 2006-03-08 | 2009-03-25 | 应用材料股份有限公司 | 用于热处理衬底上形成的结构的方法和装置 |
| CN103489812A (zh) * | 2012-06-11 | 2014-01-01 | 超科技公司 | 具超短驻留时间之雷射退火系统及方法 |
Family Cites Families (72)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5322589A (en) * | 1989-02-09 | 1994-06-21 | Fujitsu Limited | Process and apparatus for recrystallization of semiconductor layer |
| US5272309A (en) * | 1990-08-01 | 1993-12-21 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Bonding metal members with multiple laser beams |
| WO1996041213A1 (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-19 | Massachusetts Institute Of Technology | X-ray detector and method for measuring energy of individual x-ray photons for improved imaging of subjects using reduced dose |
| US6006994A (en) * | 1997-05-12 | 1999-12-28 | Geo Labs, Inc. | Method and apparatus for driving a scan element using a single current pulse |
| JP2000183358A (ja) * | 1998-07-17 | 2000-06-30 | Sony Corp | 薄膜半導体装置の製造方法 |
| US6207493B1 (en) * | 1998-08-19 | 2001-03-27 | International Business Machines Corporation | Formation of out-diffused bitline by laser anneal |
| JP2001313390A (ja) * | 2000-02-29 | 2001-11-09 | Agere Systems Inc | 半導体材料における選択的レーザ・アニール |
| AU2001247240A1 (en) * | 2000-03-01 | 2001-09-12 | Heraeus Amersil, Inc. | Method, apparatus, and article of manufacture for determining an amount of energy needed to bring a quartz workpiece to a fusion weldable condition |
| US6451631B1 (en) * | 2000-08-10 | 2002-09-17 | Hitachi America, Ltd. | Thin film crystal growth by laser annealing |
| JP2004128421A (ja) * | 2002-10-07 | 2004-04-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ照射方法およびレーザ照射装置、並びに半導体装置の作製方法 |
| US7154066B2 (en) * | 2002-11-06 | 2006-12-26 | Ultratech, Inc. | Laser scanning apparatus and methods for thermal processing |
| US7097709B2 (en) * | 2002-11-27 | 2006-08-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Laser annealing apparatus |
| KR100646160B1 (ko) * | 2002-12-31 | 2006-11-14 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 순차측면결정화를 위한 마스크 및 이를 이용한 실리콘결정화 방법 |
| JP2004266022A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Sharp Corp | 半導体薄膜の結晶成長装置および結晶成長方法 |
| US7304005B2 (en) * | 2003-03-17 | 2007-12-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing a semiconductor device |
| JP4373115B2 (ja) * | 2003-04-04 | 2009-11-25 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
| ATE375023T1 (de) * | 2003-04-29 | 2007-10-15 | Spi Lasers Uk Ltd | Laservorrichtung zur materialbearbeitung |
| WO2004099835A1 (en) * | 2003-05-09 | 2004-11-18 | Hernan Miguez | Method of laser writing refractive index patterns in silicon photonic crystals |
| US20050087522A1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-04-28 | Yunlong Sun | Laser processing of a locally heated target material |
| KR100707026B1 (ko) * | 2003-11-26 | 2007-04-11 | 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 | 비정질실리콘막의 결정화 방법 |
| JP4555033B2 (ja) * | 2003-12-25 | 2010-09-29 | 株式会社 液晶先端技術開発センター | 結晶化装置並びに方法、電子デバイスの製造方法、及び光変調素子 |
| US7202145B2 (en) * | 2004-06-03 | 2007-04-10 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Strained Si formed by anneal |
| JP2005347694A (ja) * | 2004-06-07 | 2005-12-15 | Sharp Corp | 半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜製造装置 |
| JP2006005148A (ja) * | 2004-06-17 | 2006-01-05 | Sharp Corp | 半導体薄膜の製造方法および製造装置 |
| KR101211333B1 (ko) * | 2004-08-05 | 2012-12-11 | 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 | 단열 합판 유리용 중간막의 개질 방법 |
| US7256112B2 (en) | 2005-01-20 | 2007-08-14 | Chartered Semiconductor Manufacturing, Ltd | Laser activation of implanted contact plug for memory bitline fabrication |
| US7279721B2 (en) * | 2005-04-13 | 2007-10-09 | Applied Materials, Inc. | Dual wavelength thermal flux laser anneal |
| WO2007015388A1 (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-08 | Phoeton Corp. | 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置 |
| US7312148B2 (en) * | 2005-08-08 | 2007-12-25 | Applied Materials, Inc. | Copper barrier reflow process employing high speed optical annealing |
| US7482254B2 (en) | 2005-09-26 | 2009-01-27 | Ultratech, Inc. | Apparatus and methods for thermally processing undoped and lightly doped substrates without pre-heating |
| WO2007069516A1 (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and manufacturing method of semiconductor device |
| US8148900B1 (en) * | 2006-01-17 | 2012-04-03 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for providing illumination of a specimen for inspection |
| JP2007208180A (ja) * | 2006-02-06 | 2007-08-16 | Fujifilm Corp | レーザアニール技術、半導体膜、半導体装置、及び電気光学装置 |
| US7705331B1 (en) * | 2006-06-29 | 2010-04-27 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for providing illumination of a specimen for a process performed on the specimen |
| US20080045040A1 (en) * | 2006-08-17 | 2008-02-21 | Toshiba America Electronic Components, Inc. | Laser Spike Anneal With Plural Light Sources |
| TWI299442B (en) * | 2006-08-18 | 2008-08-01 | Ind Tech Res Inst | Method for crystalizing amorphous silicon layer and mask therefor |
| US7674999B2 (en) * | 2006-08-23 | 2010-03-09 | Applied Materials, Inc. | Fast axis beam profile shaping by collimation lenslets for high power laser diode based annealing system |
| US7662703B2 (en) * | 2006-08-31 | 2010-02-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing crystalline semiconductor film and semiconductor device |
| JP5133548B2 (ja) * | 2006-09-29 | 2013-01-30 | 富士フイルム株式会社 | レーザアニール方法およびそれを用いたレーザアニール装置 |
| US7960261B2 (en) * | 2007-03-23 | 2011-06-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing crystalline semiconductor film and method for manufacturing thin film transistor |
| US9177811B2 (en) * | 2007-03-23 | 2015-11-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP2009010196A (ja) * | 2007-06-28 | 2009-01-15 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd | レーザー結晶化方法及び結晶化装置 |
| US8148663B2 (en) * | 2007-07-31 | 2012-04-03 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method of improving beam shaping and beam homogenization |
| WO2009033124A2 (en) * | 2007-09-07 | 2009-03-12 | Precision Rubber Plate Co., Inc. | System and method for exposing a digital polymer plate |
| US20090120924A1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-05-14 | Stephen Moffatt | Pulse train annealing method and apparatus |
| US7947584B2 (en) * | 2008-05-02 | 2011-05-24 | Applied Materials, Inc. | Suitably short wavelength light for laser annealing of silicon in DSA type systems |
| US7838431B2 (en) * | 2008-06-14 | 2010-11-23 | Applied Materials, Inc. | Method for surface treatment of semiconductor substrates |
| US8018815B2 (en) * | 2008-08-15 | 2011-09-13 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Micro-Fresnel zone plate optical devices using densely accumulated ray points |
| US20100068898A1 (en) * | 2008-09-17 | 2010-03-18 | Stephen Moffatt | Managing thermal budget in annealing of substrates |
| US8314369B2 (en) * | 2008-09-17 | 2012-11-20 | Applied Materials, Inc. | Managing thermal budget in annealing of substrates |
| US20100084744A1 (en) * | 2008-10-06 | 2010-04-08 | Zafiropoulo Arthur W | Thermal processing of substrates with pre- and post-spike temperature control |
| CN102597297A (zh) * | 2009-04-30 | 2012-07-18 | 雪佛龙美国公司 | 非晶涂层的表面处理 |
| JP4678700B1 (ja) * | 2009-11-30 | 2011-04-27 | 株式会社日本製鋼所 | レーザアニール装置およびレーザアニール方法 |
| US20120237695A1 (en) * | 2009-12-23 | 2012-09-20 | 2-Pye Solar, LLC | Method and apparatus for depositing a thin film |
| US8596821B2 (en) * | 2010-06-08 | 2013-12-03 | Cree, Inc. | LED light bulbs |
| JP5767444B2 (ja) * | 2010-06-16 | 2015-08-19 | ソニー株式会社 | 光源装置及び画像投影装置 |
| US20120074117A1 (en) * | 2010-09-23 | 2012-03-29 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | In-situ heating and co-annealing for laser annealed junction formation |
| US9337059B2 (en) * | 2011-08-23 | 2016-05-10 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Apparatus and methods for annealing wafers |
| US8546805B2 (en) * | 2012-01-27 | 2013-10-01 | Ultratech, Inc. | Two-beam laser annealing with improved temperature performance |
| US8501638B1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-08-06 | Ultratech, Inc. | Laser annealing scanning methods with reduced annealing non-uniformities |
| JP6245678B2 (ja) * | 2012-08-08 | 2017-12-13 | 住友重機械工業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| KR102139501B1 (ko) * | 2012-08-21 | 2020-07-30 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | 관찰 장치 |
| KR102069572B1 (ko) * | 2012-08-22 | 2020-01-28 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | 편광 빔 스플리터 및 이를 제조하는 방법 |
| US8691598B1 (en) * | 2012-12-06 | 2014-04-08 | Ultratech, Inc. | Dual-loop control for laser annealing of semiconductor wafers |
| JP5865303B2 (ja) * | 2013-07-12 | 2016-02-17 | アイシン精機株式会社 | レーザ処理装置、およびレーザ処理方法 |
| WO2015075733A2 (en) * | 2013-10-18 | 2015-05-28 | Reliance Industries Limited | Polymerization of hydrocarbons |
| FR3012264B1 (fr) * | 2013-10-21 | 2017-04-21 | Saint Gobain | Appareil laser modulaire |
| EP2915500A1 (en) * | 2014-03-07 | 2015-09-09 | Syneron Medical Ltd. | A multi-wavelength laser device for skin treatment |
| JP6493739B2 (ja) * | 2015-02-12 | 2019-04-03 | カシオ計算機株式会社 | 光源装置及び投影装置 |
| WO2016148855A1 (en) * | 2015-03-19 | 2016-09-22 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for reducing radiation induced change in semiconductor structures |
| JP6550829B2 (ja) * | 2015-03-24 | 2019-07-31 | セイコーエプソン株式会社 | プロジェクター |
| SG10201605683WA (en) * | 2015-07-22 | 2017-02-27 | Ultratech Inc | High-efficiency line-forming optical systems and methods using a serrated spatial filter |
-
2014
- 2014-12-04 TW TW103142214A patent/TW201528379A/zh unknown
- 2014-12-17 WO PCT/US2014/070958 patent/WO2015095397A1/en active Application Filing
- 2014-12-17 KR KR1020227025536A patent/KR102557669B1/ko active IP Right Grant
- 2014-12-17 KR KR1020167019171A patent/KR102426156B1/ko active IP Right Grant
- 2014-12-17 SG SG11201604409PA patent/SG11201604409PA/en unknown
- 2014-12-17 CN CN201480068815.1A patent/CN105830202B/zh active Active
- 2014-12-17 KR KR1020237024298A patent/KR20230112742A/ko active IP Right Grant
- 2014-12-17 US US14/573,474 patent/US20150179473A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101395712A (zh) * | 2006-03-08 | 2009-03-25 | 应用材料股份有限公司 | 用于热处理衬底上形成的结构的方法和装置 |
| CN103489812A (zh) * | 2012-06-11 | 2014-01-01 | 超科技公司 | 具超短驻留时间之雷射退火系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015095397A1 (en) | 2015-06-25 |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |